1、同步發電機篇第一節 同步發電機的工作原理我們知道，導線切割磁力線能產生感應電動勢，將導線連成閉合回路，就有電流流過，同步發電機就是利用電磁感應原理將機械能轉變為電能的。當同步發電機的三相繞組與負載接通時，對稱三相繞組中流過對稱三相電流，并產生一個旋轉磁場，這個旋轉磁場的轉速n1=60f/p，即定子旋轉磁場的轉速與發電機轉子轉速相同，亦就是同步，故稱為同步發電機。第二節 同步發電機的基本結構從發電機的工作原理可知，同步發電機是由定子、轉子兩個基本部分組成的。1定子 定子由定子鐵芯、定子繞組（也叫電樞繞組）、絕緣引水管、機座、端蓋、空冷器及擋風裝置等部件組成。 定子鐵芯是電機磁

2、路的一部分，同時也嵌放定子繞組。定子鐵芯的形狀呈圓筒形，在內壁上均勻地分布著槽。為了減小鐵芯損耗，定子鐵芯一般采用0.35mm或0.5mm厚的硅鋼片疊裝制成。當定子鐵芯外徑大于1m時，用扇形沖片（如圖33所示）拼成一個整圓，錯縫疊裝，沿軸向分成若干段，段與段之間留有1cm寬的風道。整個鐵芯用非磁性的端壓板和抱緊螺桿壓緊固定于機座上。定子繞組是定子的電路部分，它是感應電動勢、通過電流、實現機電能量轉換的重要部件。定子繞組用銅線或鋁線制成。汽輪發電機多采用雙層疊繞組。為了減小集膚效應引起的附加損耗，繞制定子繞組的導線由許多互相絕緣的多股線并繞而成，在繞組的直線部分還要換位，以減小因漏磁通而引起各股

3、線間的電勢差和渦流。定子機座應有足夠的強度和剛度，一般機座都是用鋼板焊接而成，主要用于固定定子鐵芯，并和其它部件一起形成密閉的冷卻系統。2轉子 轉子由轉子鐵芯、轉子繞組（也叫勵磁繞組）、護環、滑環、風扇、轉軸等部件組成。對于一對磁極的汽輪發電機，其轉速達3000r/min。因此轉子要做得細一些，以減少轉子圓周的線速度，避免轉子部件由于高速旋轉的離心作用而損壞。所以轉子形狀為隱極式，它的直徑小，為一細長的圓柱體。 轉子鐵芯既是電機磁路的一部分，又是固定勵磁繞組的部件，大型汽輪發電機的轉子一般采用導磁性能好、機械強度高的合金鋼鍛成，并和軸鍛成一個整體。沿轉子鐵芯軸向，鐵芯表面三

4、分之二的部分對稱地銑有凹槽，槽的形狀有兩種，一種為輻射形排列，一種是平行排列。我國生產的電機都采用輻射形槽。占轉子表面三分之一的不開槽部分形成一個大齒，大齒的中心實際為磁極中心。勵磁繞組由矩形的扁銅線繞成同心式繞組，嵌放在鐵芯槽中，所有繞組串聯組成勵磁繞組。直流勵磁電流一般是通過電刷和集電環引入轉子勵磁繞組，形成轉子的直流電路。勵磁繞組各匝間相互絕緣，各匝和鐵芯間也有可靠的絕緣。第三節 同步發電機的分類和型號1分類 同步發電機按原動機不同，可分為兩種主要類型。一種是汽輪機作為原動機的汽輪發電機；另一種是水輪機作為原動機的水輪發電機。汽輪機是高速原動機，因此汽輪發電機一般是臥式的，轉子

5、多采用機械強度較好的隱極式結構；而水輪機是低速的原動機，因此水輪發電機一般是立式的，轉子多采用容易制造的凸極式結構。 另外，同步發電機還可以按冷卻介質和冷卻方式不同，組合成水氫氫（定子繞組水內冷、轉子繞組氫內冷、鐵芯氫冷），水水空（定子、轉子繞組水內冷、鐵芯空冷）；水一水一氫（定子、轉子繞組水內冷、鐵芯氫冷）等類型。 2型號 大壩發電廠的汽輪發電機的型號為： QFS3002和QFS23002。其型號的意義為：Q汽輪，F發電機，S定子繞組水內冷、轉子繞組水內冷、鐵芯空冷，300表示額定功率（單位是MW），2表示極數，下標2表示型（改進型）。第四節 同步發電

6、機的額定參數1額定容量SN或額定功率PN 額定容量是指發電機長期安全運行時，所能輸出的最大視在功率，一般以千伏安（kVA）或兆伏安（MVA）為單位；額定功率是指發電機正常運行時，所能輸出的最大有功功率，一般以千瓦（kW）或兆瓦（MW）為單位。 2額定電壓UN 額定電壓是指發電機額定運行時，機端定子三相繞組的線電壓，單位為伏（V）或千伏（kV）。 3額定電流IN 額定電流是指發電機正常連續運行時，定子繞組允許通過的最大線電流，單位為安（A）。 4額定功率因數 j 額定功率因數是指同步發電機的額定功率和額定容量的比值，銘牌上一般

7、標有額定功率和 j值。 上述四基額定參數之間有如下基本關系：      j=jj=j=                        另外，在同步發電機的銘牌上還常列有：額定效率N（%）、額定頻率fN（Hz）、額定轉速nN（r/min）額定勵磁電壓ULN（V）、額定勵磁電流ILN（A）和額

8、定溫升等。第五節  同步發電機的啟、停操作    一、啟動前的準備     發電機安裝或檢修完畢，得到系統調度的命令即可將其啟動，并投入運行。啟動前，為保證發電機的安全可靠，必須對有關設備和系統進行一系列檢查、測量和試驗。只有下述全部項目都合格后，方可啟動機組。     1需要檢查的項目    （1）發電機變壓器組的一、二次設備安裝或檢修終結后，在啟動前應將工作票全部收回。詳細檢查各部分及其周圍的

9、清潔情況，各有關設備、儀表是否完好，短路線和接地線是否拆除，檢修人員是否已撤離現場。    （2）檢查升壓變壓器和廠用變壓器油位是否正常，各散熱器蝴蝶閥、冷油器進出油閥是否全開，主斷路器油位、操作機構是否正常。    （3）將經過過濾與干燥的壓縮空氣通入發電機，保持機座內壓力達到0.3 MPa，并在轉子靜止狀態下，檢查發電機水路的密封性。    （4）進水前檢查濾凈設備是否完好，水質的導電率、硬度、pH值等是否達到要求。    

10、;（5）檢查軸承潤滑油路及高壓頂軸設備，在油壓大于15 MPa時，頂起高度是否大于0.04mm。    （6）打開定子匯水管上的排氣閥門，啟動冷卻水泵，開啟定子繞組的進水閥，待從排氣閥門溢水時關閉匯水管上的排氣閥門，維持定子進水壓力為0.20.5 MPa。     2需要測量的項目    （1）在冷態下測量轉子繞組的直流電阻和交流阻抗。    （2）測量定子、轉子繞組的絕緣電阻。  &#

11、160;  定子繞組的絕緣電阻采用10002500V搖表測量，其絕緣電阻值未作規定，但若測得結果較前次有明顯降低（如為前次的1/31/5），則應查明原因并將其消除；轉子線圈的絕緣電阻應包括發電機轉子及向其供電的勵磁機回路，測量時應采用5001000V搖表。勵磁回路全部絕緣電阻若低于0.5MW時，應采取措施加以恢復。     3需要進行試驗的項目    （1）在通水情況下，進行發電機定子繞組對地交流耐壓試驗，試驗電壓為     0.75&

12、#160;(2UN + 3000) =32250  (V)      (310) 式中  UN發電機的額定電壓，試驗時間為1min。    （2）對定子繞組水路進行0.75MPa、8h的水壓試驗，應無滲漏現象。在額定水壓下通水循環4h以后，絕緣電阻仍應符合要求。     二、啟動     當發電機的定子和轉子內冷卻水水

13、質、水溫、壓力等均符合規程規定，冷卻器通水正常，高壓頂軸油壓大于規定值時，即可啟動轉子。在轉速超過200r/min時停止頂軸。應注意，發電機開始轉動后，即應認為發電機及其全部電氣設備均已帶電。     對安裝和檢修后第一次啟動的機組，應緩慢升速并監聽發電機的聲音，檢查軸承給油情況及振動情況。在確認無摩擦、碰撞聲后，逐漸增加轉速，然后迅速通過一階臨界轉速。通過臨界轉速時，軸承座的振動值要大些，但不應大于0.1mm。這時還要檢查集電環上的電刷是否有跳動、卡澀或接觸不良現象，如有，應設法消除。如無異常情況，即可升速至額定轉速3000r/min。

14、60;    三、升壓     當汽輪發電機升速至額定轉速且定子繞組已通水的情況下，就可以加勵磁升高發電機定子繞組電壓，簡稱升壓。發電機電壓的升高速度一般不作規定，可以立即升至規定值，但在接近額定值時，調整不可過急，以免超過額定值。升壓時還應注意：    （1）三相定子電流表的指示均應等于或接近于零，如果發現定子電流有指示，說明定子繞組上有短路（如臨時接地線未拆除等），這時應減勵磁至零，拉開滅磁開關進行檢查。    （2）三相

15、電壓應平衡，同時也以此檢查一次回路和電壓互感器回路有無開路。    （3）當發電機定子電壓達到額定值時，應檢查轉子電流是否和空載電流值相符合。此時應將發電機的勵磁整流A、B柜內的“均流/均流退”小開關切至“均流”位置，檢查A、B柜均流正常，檢查A、B柜輸出與轉子電流相符、參考電壓相等。     四、并列     當發電機電壓升到額定值后，可準備對電網并列。并列是一項非常重要的操作，必須小心謹慎，操作不當將產生很大的沖擊電流，嚴重時會使發電機遭到損壞。發電機

16、的同期并列方法有二，即準同期并列與自同期并列，分別介紹如下：     1準同期并列     準同期并列是一種常用的基本同期并列方式，并列時應滿足以下三個條件：    （1）待并發電機的電壓與系統電壓相等。    （2）待并發電機的頻率與系統頻率相等。 （3）待并發電機的電壓相位角與系統的電壓相位角一致。     并列操作可以手動進行，稱為手動準同期；也可以自

17、動進行，稱為自動準同期。自動準同期需借助于專有的自動準同期裝置進行。     進行手動準同期操作前，應確認主斷路器、隔離開關位置正確，如有屏幕顯示器，也可通過畫面確認。還應確認操作開關及同期開關位置正確（不允許有第二個同期開關投入）。接著可投入同期表盤，同期表開始旋轉，同期燈也跟著時亮時暗。這時可能還要少許調整發電機端電壓，以滿足第1個并列條件。調整的方法是調整自動電壓調節器的電壓給定開關（特殊情況下也可利用調節器內的“手動回路開關”或感應調壓器進行調壓），繼而調整發電機的轉速以滿足第2、3個并列條件。當3個條件都滿足時，同期表指針指在同期位置

18、，同期燈最暗，表示已到達同步點，但一般是在指針順時針方向緩慢旋轉，且接近同步點（預留到達同步點的主斷路器合閘時間）時，即可合閘，使發電機與系統并列。隨即可增加發電機的勵磁電流和有功負荷，確認發電機已帶上5%的負荷，即15MW的有功負荷和710Mvar的無功負荷，記下并列時間，切斷同期表開關和同期開關，并列操作完成。     發電機手動準同期操作是否順利，與運行人員的經驗有很大關系，經驗不足者往往不易掌握好合閘時機，從而發生非同期并列事故。因此，現在廣泛采用自動準同期裝置進行自動準同期并列。    

19、0;自動準同期并列裝置的功能是根據系統的頻率，檢查待并發電機的轉速，并發出調速脈沖去調節待并發電機的轉速，使其高出系統一預整定數值。然后檢查同期的回路開始工作，當待并發電機以微小的轉速差向同期點接近，且待并發電機與系統的電壓差在±10%以內時，它就提前按一個預先整定好的時間發出合閘脈沖，合上主斷路器，實現與系統的并列。     應該說明，某些自動準同期裝置只能發出“調速”脈沖，而不發出“調壓”命令，因而并列時仍要人工調整勵磁調節器的“給定”開關，使待并發電機電壓與系統電壓相等。     

20、;2自同期并列     自同期并列的方法是，當待并發電機的轉速接近額定轉速(相差±2%范圍之內)時，在勵磁開關斷開的情況下，先合上發電機的主開關，然后再自動合上勵磁開關，加上勵磁，使發電機自動拉入同步。采用自同期并列的優點是：    （1）操作簡單；    （2）可防止非同期并列引起的危險；    （3）在緊急情況下，可以很快地將發電機并入系統，對加速事故的處理有很重要的意義。   &#

21、160; 自同期并列的缺點是，并列時待并發電機會受到較大電流的沖擊，甚至使系統電壓降低。對于100MW以下的任何發電機，在系統運行條件允許的情況下，均可采用自同期并列。對于100MW及以上的發電機，是否能采用自同期并列，應經過試驗后慎重決定。     五、負荷接帶與調整     發電機并列后，即可按規程規定接帶負荷，其有功負荷的增加速度決定于汽輪機。一般由值班員進行加負荷與調整負荷的操作。     有功負荷的調整是通過汽輪機的同步器電動

22、機進行的，即調整汽輪機的進汽量，該操作可由值班員或由自動裝置協調控制。有功負荷的增加速度通常由汽輪機和鍋爐的工作條件決定，但無論是開機或正常運行，增加速度都不能過快。     加負荷時，應注意監視冷卻介質、鐵心、繞組的溫度，以及電刷、勵磁裝置的工況，監視定子端部有無滲漏現象，在增加發電機有功負荷的同時，要相應地增大其無功負荷，以保持一定的功率因數。     如果有功負荷不變，調整無功負荷也會改變功率因數。汽輪發電機的額定功率因數多為0.85（滯后），即功率因數從0.851之間均可長時間帶額定有功

23、負荷運行。但是如果勵磁再進一步減少就會變為進相運行，這時0。雖然一般汽輪發電機都允許在cos=0.95（超前、進相）情況下運行，但進相運行下有兩個問題特別要注意：     其一，可導致發電機定子端部構件發熱。    其二，可能導致電力系統運行失穩。     因而，在正常運行中，如發現功率因數表指示進相，且超過了允許的功率因數值，則應增大勵磁電流。如果這時定子電流過大，則在增大勵磁電流的同時，減少發電機的有功負荷，否則可能引起發電機振蕩或失步。 第

24、六節 運行監視    對運行中的發電機，應監視其運行情況，并對其各部分進行系統的檢查，以便及時發現不正常現象，及早消除。發電機配電盤上所有儀表應每隔1h記錄一次，在最大負荷時間內，每隔半小時記錄一次功率和電流值。     發電機定子繞組、定子鐵芯和進出風的溫度，必需每小時檢查一次，每兩小時記錄一次。如裝有自動記錄儀表，其抄表時間可延長。監視定子及勵磁回路絕緣的電壓表，每班測量一次。對全部自動化的機組，儀表讀數的抄錄，應在定期巡查時進行。     發電機的正

25、常檢查項目應包括：    （1）對發電機及勵磁機電刷的檢查。電刷應完整，不卡塞，不劇烈振動，不過短、無火花，刷架清潔無灰塵，電刷及連線完好，無過熱現象。    （2）發電機無異音、無振動、無串軸等現象。并應注意有無焦味。    （3）從窺視孔觀察有無異狀，端部繞組應無火花，頭套溫度應正常。    （4）滅火裝置應有正常水壓。    （5）勵磁開關室內設備正常、清潔，接點嚴密無過熱。    （6）檢查發電機空氣冷卻室的門應關閉嚴密，冷卻閥門應開度正常，如發現冷卻風溫度不